Nuevo concepto de producción para el revestimiento en seco de cátodos

Las baterías de tracción son ampliamente reconocidas como uno de los mayores factores de coste en la producción de vehículos eléctricos. Un papel clave en la fabricación de las pilas lo desempeñan los electrodos, concretamente los ánodos y los cátodos. Hasta la fecha, éstos se han procesado principalmente mediante métodos de química húmeda: los materiales activos, los aditivos conductores y los aglutinantes se mezclan en disolventes, se aplican a láminas y, posteriormente, se secan en un proceso que consume mucha energía.

Una alternativa interesante es el recubrimiento en seco de los cátodos, un método que hasta ahora ha tenido una aplicación práctica limitada, que Tesla planea desde hace tiempo para sus 4680 célulaspero sólo ha avanzado lentamente. Un proyecto de investigación alemán llamado ProLiT, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación, ha investigado ahora cómo puede escalarse industrialmente un proceso de este tipo en Europa. En el proyecto han participado IBU-tec, Daikin Chemicals, TU Braunschweig, la Universidad de Münster, Maschinenfabrik Gustav Eirich, Coperion K-Tron, Matthews International/Saueressig Engineering, CustomCells y el fabricante de automóviles BMW.

El atractivo del revestimiento en seco para cátodos reside en su completa eliminación de disolventes. Esto no sólo elimina la necesidad de hornos de secado y sistemas de recuperación, sino que también reduce drásticamente los requisitos energéticos de la producción de electrodos, un factor crítico para reducir costes, mejorar el balance de CO₂ y simplificar las operaciones de la fábrica.

En un libro blanco (descargar PDF aquí), el proyecto ProLiT presenta un concepto detallado de industrialización para una línea de producción de revestimiento en seco a escala de gigavatios-hora. En el corazón del enfoque ProLiT se encuentra un proceso en seco basado en una calandria. En lugar de una pasta líquida, se utiliza una mezcla de polvo finamente ajustada.

Un papel clave en este proceso lo desempeña el aglutinante PTFE. En condiciones de cizallamiento y temperatura específicas, el PTFE forma finas fibrillas que unen el material activo y los aditivos conductores en una red estable. Este principio de conversión de polvo en película permite formar gradualmente una capa homogénea de electrodos en la calandria y laminarla directamente sobre el colector de corriente. El libro blanco también demuestra que tanto los cátodos LFP como los NMC pueden producirse utilizando PTFE y recubrimiento en seco basado en calandria.

El libro blanco ofrece información detallada sobre el rendimiento de material necesario para una gigafábrica, que incluye: aproximadamente de 1.300 a 1.800 toneladas de material activo catódico al año (dependiendo de la química), rendimientos continuos del orden de 160 a 220 kg por hora y velocidades de calandrado de unos 17-21 metros por minuto. Según los autores, esta escala es técnicamente viable utilizando la maquinaria disponible en la actualidad, en particular las calandrias de varios rodillos.

Sin embargo, establecer una línea de producción de este tipo presenta retos importantes. Entre ellos se incluyen lograr una distribución homogénea del aglutinante en el polvo, la dosificación precisa de materiales que fluyen con dificultad, el mantenimiento de la estabilidad del proceso a lo largo de grandes anchuras y prolongadas duraciones de funcionamiento, y la falta de mediciones de calidad en línea para los electrodos secos.

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